[技术]衍射透镜元件 [复制链接]

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摘要 K"0IWA  
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    如今，衍射透镜在现代光学的各种应用中得到广泛的使用。微结构表面被用来取代笨重的光学元件，与传统镜头相比，得益于尺寸和重量的减小。在快速物理光学软件VirtualLab Fusion中，这些结构既可以以理想化的形式建模，具有预定义的阶次和效率，也可以更现实地建模，包括对实际微观结构表面的精确分析。本文介绍了VirtualLab Fusion的衍射透镜组件、可用的选项和应用的建模方法。 q#W|fkfx+  
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在哪里可以找到组件?        -BSdrP|  
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             H&)}Z6C"  
衍射透镜组件可以在Components > Single Surface & Stack下找到。                                                       Db,"Gl  
     L"m^LyU  
波前相位响应 AI.(}W4]  
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sE pI)9  
                                                                         GXtK3YAr  
衍射透镜组件由单一曲面组成，其透射函数用多项式波前响应来描述。 "o&8\KSs  
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衍射透镜引入的波前相位响应在通道运算符（Channel Operator）选项卡中定义。如果衍射透镜是从Zemax OpticStudio®导入的，数据将自动填写(模型与Zemax OpticStudio®的Binary 2曲面一致)。 B{nwQC b  
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    （来自VirtualLab Fusion手册） r=H?fTY<3E  
                                                                                 K oJ=0jM#  
理想衍射透镜的参数设置 SO$Af!S:bB  
U)/.wa>  
                                                 :RIz6Tz  
     6O7s^d&K  
然后，用户可以在衍射结构建模（Diffractive Structure Model）选项卡中选择将衍射透镜模型定义为理想化的或具有真实曲面的，主要区别在于如何计算阶次的效率。在理想函数的情况下，所需的衍射级数和它们的效率必须手动定义。 hx:q@[ +J/  
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总结:理想衍射透镜的计算方法 8=`L#FkRp  
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O[Vet/^)  
                                                                       Jb QK$[z"  
采用带理想光栅函数的局部线性光栅近似法（LLGA）计算衍射透镜的理想曲面。具体步骤如下: r)*23&Ojs  
1. 曲面上的输入场被看作是局部平面波(LPWs)的组成。 ("9bV8:@B  
2. 每个LPW看到的曲面部分被认为是一个线性光栅(局部)。 h'y%TOob  
3.  用理想光栅函数建模了LPW与局部线性光栅的相互作用。 Y[{:?i~9,  
4.  理想光栅函数是由衍射阶数、各阶次衍射和衍射透镜的波前相位响应决定的。它的工作不提供关于透镜(理想衍射透镜)的实际形状的信息。 vd%g'fTy9  
v>8C}d^  
更多的信息：Local Linear Grating Approximation (LLGA) Idealized Grating Functions O3} JOv_  
     (pxH<k=Ah  
实衍射透镜的参数设置 $DL}jH^S  
b@Ej$t&  
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对于衍射透镜的真实结构，VirtualLab Fusion通过应用薄元近似(TEA)计算透镜的高度。此外，通过使用薄元近似(TEA)和傅里叶模态法 (FMM)算法的组合自动评估阶次的效率。此外，用户可以指定衍射元件的特征，如设计波长和所需的分层。 'C1lP)S5  
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也可以通过使用Export Structure按钮导出设计的高度剖面。 q/#e6;x  
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可用结构的高度计算(TEA) -S'KxC  
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                                   0!hr9Y]Lx  
衍射曲面高度结构定义为： V}jGxt0  
I/O3OD  
                                                                               [,o:nry'a  

J:Cr.K`  
可选参数-分层水平                                                                             M3tl4%j  
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总结：真实衍射透镜计算方法 Rx-\B$G  
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                                                                         uo#1^`P  
用傅里叶模态法/严格耦合波分析(FMM/RCWA)或薄元近似(TEA)的局部线性光栅近似(LLGA)来计算真实的衍射透镜表面。其步骤是： >q
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1. 将曲面上的输入场处理为局部平面波(LPWs)的合成。 AV5={KK  
2. 每个LPW所看到的表面部分被认为是线性光栅 (局部)。 p='j/=  
3. 用FMM/RCWA或TEA模拟了LPW与局域线性光栅的相互作用。 -DI >O/  
4. 对于真实的衍射透镜，VirtualLab Fusion会自动在FMM/RCWA和TEA之间进行选择。如果本地光栅周期大于波长的5倍，则使用TEA。否则，将使用FMM/RCWA对实际结构进行建模。